Глава 5. Квантовая физика

Модель 5.2.  Комптоновское рассеяние

Явление Комптона состоит в изменении длины волны рентгеновских лучей при их рассеянии на электронах, входящих в состав легких атомов. Это явление было открыто в 1923 г. Комптоновское рассеяние объясняется на основе представления о фотонах, имеющих энергию hν и импульс где h = 6,63·10^–34 Дж·с – постоянная Планка, ν – частота фотона. Процесс рассеяния сводится к столкновению фотонов с электронами, которые можно приближенно считать свободными.

Расчет, выполненный на основе законов сохранения энергии и импульса, приводит к следующему соотношению:
где λ₀ – длина волны падающего излучения, λ – длина волны рассеянного излучения, m – масса электрона, c – скорость света, θ – угол рассеяния.

Величина
называется постоянной Комптона.

В спектре рассеянного излучения наряду со смещенной спектральной линией с длиной волны λ наблюдается и несмещенная спектральная линия с длиной волны λ₀. Наличие несмещенной линии объясняется тем, что часть фотонов рассеивается на электронах, сильно связанных с атомами. Соотношение интенсивностей смещенной и несмещенной линий зависит от рода материала.

Явление Комптона является ярким подтверждением квантовой теории.

При выполнении компьютерного эксперимента можно изменять длину волны λ₀ падающего излучения и угол θ рассеяния фотона. На экран дисплея выводится график зависимости интенсивности I рассеянного излучения от длины волны при заданном угле рассеяния. На дисплее высвечиваются также значения длины волны λ центра смещенной линии и импульс отдачи электрона p_e. В правом верхнем окне строится диаграмма импульсов.